Эмиссионные датчики нейтронов. Принцип действия. Преимущества и недостатки бэдн и кэдн.

 

Для внутриреакторных измерений принимают электроэмиссионные детекторы ЭДН.

ЭДН отличаются от ИК простотой конструкции и надежностью.Принцип работы ЭДН основан на свойствах ядер (серебра,ванадия…) превращаться при поглощении нейтрона в радиоактивное ядро,которое претерпевает -распад с излучением быстрого электрона.

Конструкция ЭДН выполнена в виде кабеля с диаметром от 1,5 до 8 мм,который содержит эмиттер.

Эмиттер окружен герметичным коллектором с изоляцией.При облучении в эмиттере накапливаются -активные ядра.Быстрые электроны,образующиеся при распаде,проникают через изолятор к коллектору, в результате чего во внешней цепи идет ток ~ НП.

ЭДН чувствительны только к нейтронам и проблем компенсации -квантов нет.

Это был - эмиссионный ДН (БЭДН)

«-»:

1) Малая чувствительность,тк ядра эмиттера хуже поглощают ,чем ядра регистраторов ИК; при каждом захвате образуется только один , в то время как осколки ядер радиатора ионизируют много атомов газа,образуя большой импульс I.

Чувствительность БЭДН меньше чувствительности борных ИК и КД на 2-3 порядка.В результате, .Это обстоятельство заставляет принимать меры по удалению помех.

2) Инерционность,поскольку при изменении НП ток во внешней цепи меняется по мере накопления -радиоактивных ядер с характерным временем,обратным постоянной распада -активных ядер.Это затрудняет использовать эти датчики для быстрого оперативного управления.Часть тока изменяется мгновенно из-за захвата ядром эмиттера,мгновенно выделяется -квант,который,в свою очередь,может выбить из атомов эмиттера (изолятора).Поскольку -кванты движутся от центра к периферии,этот попадает на коллектор,что воспринимается как ток во внешней цепи.Вероятность взаимодействия -квантов с атомами мала и поэтому мгновенная составляющая составляет 5-10% Iдетектора. Она может быть использована для анализа быстрых флуктуаций мощности в АЗ,когда инерционную составляющую тока,обусловленную -эмиссией,можно считать постоянной.

Этого недостатка нет у ЭДН,в которых образуется мгновенно после захвата в веществе эмиттера в результате взаимодействия захватного -кванта с веществом самого эмиттера.

В результате внутренней конверсии -кванта,рождающегося при захвате ядром материала,испускаются комптоновские или фотоэлектроны.

Часть этих электронов вырывается из эмиттера и окружающей его изоляции и создают положительный заряд. -кванты испускаются очень короткое время,поэтому временная реакция такого детектора будет мгновенной.

Детекторы,основанные на -квантах,называются конверсивными (КДН).КДНы безинерционны так же,как и ИК,но ток от них на 3-4 порядка меньше,чем от ИК,и на 1-2 порядка меньше,чем у БЭДН.

В ЭДН применяются материалы эмиттера и коллектора с высокой температурой плавления,а изоляция изготавливается из окиси Mg,Al,Be.Это дает возможность создавать высокотемпературные ДН (700-800 и при давлении до 30 МПа).

Простые конструкции ЭДН позволяют изготавливать ЭДН промышленным способом по той же технологии,что применяется для изготовления жаропрочных кабелей.

Длина ЭДН может достигать более 10 метров.Это дает возможность использовать для контроля радиального энергораспределения.Детектор длиной,равной высоте активной зоны,будет давать сигнал ~ средней по высоте реактора плотности ПН.За счет увеличения длины датчиков появляется возможность увеличить его чувствительность.Для уменьшения размеров датчика его сворачивают в спираль.

При выборе ЭДН необходимо учитывать не только его чувствительность, но и инерционность. Все ЭДН обладают инерционностью, которая определяется периодом полураспада, образующем в эмиттере радиоактивного изотопа. КЭДН не имеют такого недостатка,но у них чувствительность на 1-2 порядка меньше. У БЭДН выше скорость выгорания эмиттера. Поэтому, если основным при выборе является обеспечение безинерционности контороля распределения (АСР энергораспределения),то необходимо выбирать и в качестве датчиков КЭДН.Если изменение энергораспределения происходит медленно,то в качестве внутриреакторных датчиков лучше использовать ЭДН,но,при этом,необходимо вносить поправку на выгорание эмиттера.При использовании ЭДН нужно учитывать,что они обладают температурной погрешностью и появляется термоэлектронный ток.Он называется паразитным и направлен обратно току,вызванному -излучением.В эмиттере зависимость теплового потока от температуры:

 

При работе ЭДН в том диапазоне температур,в котором температурная погрешность станосится значительной,необходимо применять компенсацию.

 

 

В соответствии с назначением и режимами работы реактора принято различать три типа детекторов:

- для контроля мощности реактора (всезонные);

- для контроя энерговыделения в АЗ (внутризонные);

- пусковые.

Детекторы контроля мощности устанавливаются за пределами АЗ в пространстве между отражателем и биологической защитой.

Выбор места установки детектора определяется следующим:

1) Находясь вне реактора эти детекторы регистрируют нейтронные утечки.Количество нейтронной утечки при неизменной форме распределения пропорционально среднему потоку в реакторе,а,следовательно,пропорционально средней интегральной мощности реактора.Для улучшения определения потока утечки устанавливают несколько детекторов симметрично относительно оси реактора вблизи центральной горизонтальной плоскости.

2) В местах установки датчиков вне реактора плотность НП на 3-4 порядка меньше,чем в АЗ и .При таких плотностях потоков выгорания чувствительного элемента детектора незначительно и влияние излучения на эл.изоляцию мало.Поэтому изменением чувствительности детектора можно принебречь.

3) В месте установки детекторов контроля мощности нет существенных ограничений по размерам,которые неизбежны при введении в АЗ.Вне АЗ могут быть созданы более благоприятные температурные условия для нормальной работы детекторов.